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发表于 2011-4-29 10:27:16
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应用背景: 绿色家电是当今家电产业的发展趋势之一。所谓绿色家电是指家电的生产和消费能够降低对生态环境的破坏,减少资源浪费。白炽灯由于具有耗电量大,耐久性低,使用寿命短等缺点,已经不符合这种家电的发展趋势。Philips公司开发的小型荧光灯(CFL:Compact Fluorescent Lamp)是白炽灯良好的替代产品。它具有省电,使用寿命长,易回收再利用和环保的优点。
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有何经济效益和社会效益:光灯具有省电,节能的优点,有很高的经济效益和社会效益。1997年的一份调查显示:1994年全年共销售了20亿只Philips小型荧光灯,并且以每年15-20%的速率稳步增长。这些荧光灯至少10倍寿命于相同功能的白炽灯。也就是说,相当于200亿只白炽灯。而且,一只18W的Philips小型荧光灯相当于75W的白炽灯,节省了3/4强的电能。可以算出,一只荧光灯可以节约约200升用于发电的石油。
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! t2 {* p! c+ e. J% a# i问题描述:荧光灯的发光原理是,荧光灯管里充满了水银蒸气,灯管内壁涂有荧光剂,水银蒸气受高压电激发使电子跳脱出来,部分电子撞击荧光剂后发出白光。长期使用的情况下,荧光灯往往亮度变弱。这是由于真空玻璃管吸收水银蒸气,造成管中的水银蒸气不断减少。这不仅削弱了荧光灯的亮度,而且缩短了荧光灯的寿命。由此可见,如果管内水银蒸气量过少,会降低荧光灯工作的可靠性,使产品在市场上缺乏竞争力。由于对真空玻璃管的水银吸收率缺乏真实的统计数据,以及不精确的制造技术,传统的荧光灯往往填充过量的水银蒸气,造成了物质上的浪费。如果荧光灯管破损,大量的水银蒸气释放出来,对环境和人体的损害是非常大的。但是,降低管内的水银蒸气量会增加电能的耗费。因为为了保证亮度,需要增加能量以激发出更多的电子。 0 C! p: a" J1 z* l4 k6 U: w2 z' i
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系统存在的技术矛盾有:为了保证荧光灯亮度的稳定性,就不得不增加水银蒸气的量;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但降低了荧光灯工作的可靠性;减少水银蒸气的量,有利于环境保护,但增加了能量的耗费。 5 k( q$ a% t5 ]( t: G
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系统存在的物理矛盾有:对水银蒸气的量同时具有多和少的要求。 * k# Y$ F' H% u8 m) V/ z/ U
9 }( V9 y8 R/ ^. X0 m, K解决思路和关键步骤: ' o% I: c$ m. ^$ K3 F; n1 O
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本例可以使用TRIZ矛盾矩阵和原理来分析,解决问题。
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使系统性能提高的技术特性是:
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1.物质的量 % y1 n4 j/ r- S0 d6 u9 t! P
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2.作用于物体的坏的因素 " v3 h& m6 r+ Y% k& \
9 U6 P6 Q" [ k5 T j" W使系统性能降低的技术特性是: $ [' q2 l8 [: X% n
( W/ O( l! S, t n4 H! j9 O' {2 x1. 可靠性
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* C. r% T$ A3 E9 V1 c% t% R2. 能量的浪费 5 b; f7 z& r5 s; e
+ ~/ c- z2 { c4 n3. 静止物体使用的能量
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5 Y# m: u0 O$ i这样,得到三组技术矛盾:
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, O" H& X0 z& Z" q1. 减少水银蒸气的量(物质的量),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性)。 : x d( K2 |/ M# g1 D
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2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量的浪费)。
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3. 有利于环境保护(作用于物体的坏的因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能量)。 3 J- h4 s3 q/ o$ W, G2 }
0 c0 c( G* E3 y. c对这三组技术矛盾分别运用技术矛盾解决矩阵的方法,得到3个创新原理提示以开拓思路: ' i) n# u! ^2 B2 R0 v' {
/ \! P% R/ i P2 f% _1. 减少水银蒸气的量(物质的量),但荧光灯工作的可靠性降低(可靠性)。 . J/ \. q8 _. C
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由技术矛盾矩阵[物质的量/可靠性]得到28#创新原理提示:机械系统的替代
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; M5 T% |+ A* i% O7 a _2. 减少水银蒸气的量(物质的量),但需要耗费更多的电能(能量的浪费)。 ' x# J+ y9 O$ n0 u
. S, v* J/ M8 b7 l9 U) d7 Y
由技术矛盾矩阵[物质的量/能量的浪费]得到7#创新原理提示:嵌套 & `! N/ o% z) A
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3. 有利于环境保护(作用于物体的坏的因素),但荧光灯使用的能量增加了(静止物体使用的能量) ; m9 m* j( D) _8 r7 S" S7 W
! z" ?; w0 C0 y/ ^. {( K D0 Q
由技术矛盾矩阵[作用于物体的坏的因素/静止物体使用的能量]得到37#创新原理提示:热膨胀 5 ^ X, u, D X
" M% j5 s( K7 x# ]9 H* n# S最终结果:在创新过程中应用了7#,28#和37#创新原理。 e( o( u+ V6 c& @
7 H c7 c3 h: _" E3 U- m0 @1 _A 应用7#创新原理 % c, V5 {( z* |' _' p5 O9 X( |
& i. b* W+ X3 V/ g& [解决方案:在真空管的里面内嵌一个玻璃囊。 2 a. C- r$ H8 O( M
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B应用28#创新原理 ! X9 u! o R# c% _8 Q! }: k
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解决方案:用高频的电磁场来打破这个玻璃囊。
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- _# b/ H3 z1 {7 v- X- v" iC应用37#创新原理
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解决方案:利用金属线和玻璃囊的热膨胀系数的不同释放水银蒸气。 $ n2 ]. f! D, M
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- B& \1 }* k* \结论
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6 ^' ^( X+ ^$ }' k9 L% ?! _ g# e经过计算满足性能要求的最小剂量的水银蒸气被密封在玻璃囊中。在玻璃囊的内壁上嵌着金属线圈。该玻璃囊被内嵌在真空管的一端。荧光灯被制造出来后,通过一个高频的电磁场来加热玻璃囊。由于玻璃囊和金属线圈的热膨胀系数不一样,使得金属线圈能够切断玻璃囊,释放出水银蒸气。同一般的荧光管相比,用这种新的制造技术,至少可以减少75%的水银含量,减少了对环境的污染。 . Z$ W! q7 D+ M- l% f& g
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